基于数据融合的智能变道辅助系统及智能变道辅助方法与流程

本发明涉及汽车安全技术领域，尤其涉及一种基于数据融合的智能变道辅助系统及智能变道辅助方法。

背景技术：

随着我国汽车工业的快速发展和人们生活水平的提高，居民家庭的汽车拥有量快速增加。然而，在我国汽车行业快速发展的同时，汽车所带来的安全隐患也不容忽视。在日常生活驾驶车辆过程中，驾驶员频繁变换车道是最常遇到的情形。对驾驶员来说在特殊天气情况下，例如雨天、雪天、大雾、晚上光线昏暗，驾驶员疲劳驾驶、陌生的路况情况下变换车道是最容易发生交通事故的，生活中很多交通事故都发生在变换车道的时候。为此，业界通常采用智能变道系统来保证驾驶员行车变道安全，防止交通事故发生。

当前国内外各大汽车主机厂的现有方案主要是基于后方盲点雷达、超声波雷达、摄像头等传感器探测后方车辆信息，并根据相对车速和相对距离实时计算碰撞时间，当驾驶员变道过程中存在碰撞风险时，系统通过声音、报警灯闪烁等提醒驾驶员注意风险。现有技术方案仅通过声音和报警灯起到提醒驾驶员的作用，并无实质的主动避险控制，碰撞风险存在时无法自动避免，对驾驶员安全只能起到辅助作用。特殊情况下，例如当驾驶员开启音乐播放器、接听通话单元、或风燥较大的情况下，都容易忽略警报，无法起到保护驾驶员的作用。另外，若驾驶员对车内系统不熟悉，无法及时介入控制，也无法无法起到很好的保护作用。通话单元并且，现有技术方案只试用高速路况，对低速行驶无法起到很好的预警作用。

技术实现要素：

有鉴于此，本发明提供了一种基于数据融合的智能变道辅助系统，通过单独的变道控制单元收集车辆上不同传感器的探测数据，融合处理探测到的有效信息，结合自车信息判断碰撞风险，当碰撞时间低于限定值时，变道控制单元通过主动控制方向盘转向、发动机主动加速等方式实现主动避撞功能，并同时通过预紧安全带的方式提醒驾驶员，为碰撞做好准备，实现主、被动安全为一体的保护机制，通过数据融合以及主动控制技术，真正实现智能驾驶、安全驾驶的目的。

本发明提供的智能变道辅助系统，包括传感器、变道控制单元、发动机控制单元、转向控制单元以及电动助力转向单元，所述传感器与所述变道控制单元电性相连，所述转向控制单元以及所述发动机控制单元分别与所述变道控制单元电性相连，其中，所述传感器，用于实时探测所述车辆与周围车辆间的环境信息；所述变道控制单元，用于接收所述传感器传送来的环境信息，通过所述环境信息，实时计算碰撞时间，当碰撞时间小于时间设定值时，所述变道控制单元根据所述环境信息，计算所述车辆所需的避撞转向角度以及避撞转向扭矩，并根据避撞转向扭矩是否在合理范围内，决定由所述转向控制单元控制所述电动助力转向单元转向，或由所述发动机控制单元控制车辆加速，以避免所述车辆与所述周围车辆发生碰撞。

根据本发明的一个实施例，所述传感器包括后方毫米波雷达、后方超声波雷达以及前方摄像头，所述后方毫米波雷达以及所述后方超声波雷达用于实时探测所述车辆与后方的所述周围车辆间的环境信息，所述前方摄像头用于实时探测所述车辆与前方的所述周围车辆间的环境信息。

根据本发明的一个实施例，所述环境信息包括所述车辆与所述周围车辆间的纵向距离、横向距离、相对速度、相对加速度以及相对位置。根据本发明的一个实施例，所述转向控制单元根据车辆所需的避撞转向角度，实时计算需要提供的方向盘的避撞转向扭矩、方向盘的避撞转向角度，以及方向盘的避撞转向角度变化率，并将计算出的数据传送给所述电动助力转向单元，所述电动助力转向单元根据方向盘的避撞转向扭矩、避撞转向角度以及避撞转向角度变化率，控制方向盘进行转向，使所述车辆转向避免碰撞所述周围车辆。

根据本发明的一个实施例，所述变道控制单元根据所述车辆的当前车速，由内置的转向失稳阈值查值表的中查找与该车速对应的最大允许转向扭矩，若车辆所需的避撞转向扭矩小于最大允许转向扭矩，则判定车辆在转向时处于稳定行驶状态；若车辆所需的避撞转向扭矩大于最大允许转向扭矩，则判定车辆在转向时处于不稳定行驶状态。

根据本发明的一个实施例，若所述变道控制单元判断车辆转向时处于不稳定行驶状态，则控制前方摄像头探测所述车辆前方是否有行人或所述周围车辆，当没有行人或所述周围车辆时，所述变道控制单元计算所需的加速度，并根据所需的加速度传送加速控制信息给所述发动机控制单元，所述发动机控制单元根据所述加速度计算出加速扭矩值，并根据加速扭矩值计算增加油门开度值，并传送增加油门开度值给发动机，控制所述发动机增加油门开度，使所述车辆加速避免碰撞所述周围车辆。

根据本发明的一个实施例，所述系统更包括气囊控制单元以及安全带，所述气囊控制单元与所述变道控制单元电性连接，所述安全带与所述气囊控制单元电性连接，所述变道控制单元判断所述车辆转向时处于不稳定行驶状态时，控制前方摄像头探测所述车辆前方是否有行人或所述周围车辆，当有行人或所述周围车辆时，所述转向控制单元传送安全带预紧信息给所述气囊控制单元，所述气囊控制单元控制所述安全带于设定时间内收紧以提醒驾驶员。

根据本发明的一个实施例，所述系统更包括气囊，所述气囊与所述气囊控制单元电连接，所述气囊具有折叠状态和展开状态，所述气囊控制单元控制所述安全带于设定时间内收紧时，所述气囊控制单元根据所述车辆的车速计算所述车辆与所述周围车辆的碰撞时间与碰撞伤害值，控制所述气囊提前开启于展开状态。

根据本发明的一个实施例，所述系统更包括中央娱乐单元、声音输出单元、通话单元、播放单元以及收音机，所述中央娱乐单元与所述变道控制单元电连接，所述声音输出单元与所述中央娱乐单元电连接，所述通话单元、所述播放单元以及所述收音机与所述中央娱乐单元电连接，当所述变道控制单元计算出碰撞时间小于时间设定值时，传送碰撞报警信息给所述中央娱乐单元，所述中央娱乐单元优先响应所述碰撞报警信息，控制所述声音输出单元发出报警信号。

本发明还提供一种基于数据融合的智能变道辅助方法，其包括如下步骤：以传感器实时探测车辆与周围车辆间的环境信息，以变道控制单元接收周围车辆的环境信息，实时计算碰撞时间，当计算出的碰撞时间小于时间设定值时，判定所述车辆存在碰撞风险；当所述车辆存在碰撞风险时，以所述变道控制单元计算所述车辆所需的避撞转向角度，以及避撞转向扭矩，并判断避撞转向扭矩是否在合理范围内；当所述变道控制单元判断避撞转向扭矩在合理范围内时，判定所述车辆在转向时处于稳定行驶状态，转向控制单元根据转向控制信息，控制方向盘转向；或，当避撞转向扭矩不在合理范围内，判定所述车辆在转向时处于不稳定行驶状态，基于所述车辆与所述周围车辆间的环境信息，所述变道控制单元计算出所述车辆所需增加的速度，所述发动机控制单元根据加速控制信息控制发动机加速，以避免所述车辆与所述周围车辆发生碰撞。

根据本发明的一个实施例，以传感器实时探测车辆与周围车辆间的环境信息的步骤，更包括利用后方毫米波雷达以及后方超声波雷达实时探测所述车辆与后方的所述周围车辆间的环境信息，以及利用所述前方摄像头实时探测所述车辆与前方的所述周围车辆间的纵向距离、横向距离、相对速度、相对加速度以及相对位置。

根据本发明的一个实施例，所述转向控制单元根据转向控制信息，控制所述方向盘转向的步骤更包括：所述转向控制单元根据转向控制信息中的避撞转向角度，实时计算需要提供的方向盘的避撞转向扭矩、方向盘的避撞转向角度，以及方向盘的避撞转向角度变化率；以及所述转向控制单元根据计算出的数据传送转向指令给电动助力转向单元，所述电动助力转向单元根据转向指令中的方向盘避撞转向扭矩、方向盘避撞转向角度以及方向盘避撞转向角度变化率，控制方向盘进行转向。

根据本发明的一个实施例，所述变道控制单元根据所述车辆的当前车速，由内置的转向失稳阈值查值表的中查找与该车速对应的最大允许转向扭矩，若车辆所需的避撞转向扭矩小于最大允许转向扭矩，则判定车辆在转向时处于稳定行驶状态；若车辆所需的避撞转向扭矩大于最大允许转向扭矩，则判定车辆在转向时处于不稳定行驶状态。

根据本发明的一个实施例，当所述变道控制单元判断车辆在转向时处于不稳定行驶状态时，控制所述前方摄像头探测所述车辆前方是否有行人或所述周围车辆；当没有行人或所述周围车辆时，所述变道控制单元计算所需的加速度，并传送加速控制信息给所述发动机控制单元；所述发动机控制单元根据所述加速度计算出加速扭矩值，并根据加速扭矩值计算增加油门开度值，所述发动机控制单元传送增加油门开度值给发动机，并控制所述发动机增加油门开度。

根据本发明的一个实施例，当所述转向控制单元判断所述车辆在转向时处于不稳定行驶状态时，控制所述前方摄像头探测所述车辆前方是否有行人或所述周围车辆；当有行人或所述周围车辆时，所述变道控制单元控制所述转向控制单元传送安全带预紧信息给气囊控制单元；所述气囊控制单元控制安全带于设定时间内收紧以提醒驾驶员。

根据本发明的一个实施例，所述气囊控制单元控制所述安全带于设定时间内收紧时，所述气囊控制单元根据所述车辆的车速，计算所述车辆与所述周围车辆的碰撞时间与碰撞伤害值，控制气囊提前开启于展开状态。

本发明利用不同传感器，通过数据融合提高系统探测的可靠性和系统响应的及时性，并集成对电动助力转向和发动机控制单元的有效闭环控制，在有碰撞风险情况下，主动控制方向盘转向、发动机主动提速等有效主动避免碰撞，极大提高了行车的安全性。最终，通过集成安全带预紧和安全气囊控制器，在有碰撞风险时主动提醒驾驶员，并为碰撞做好准备，在碰撞不可避免的情况下，通过优化气囊点爆时间有效减轻碰撞伤害，实现主、被动安全的一体化保护。当风险存在时，能主动抑制影音娱乐、通话单元等系统，及时提醒驾驶员碰撞风险。

上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，而可依照说明书的内容予以实施，并且为了让本发明的上述和其他目的、特征和优点能够更明显易懂，以下特举较佳实施例，并配合附图，详细说明如下。

附图说明

图1为本发明提供的基于数据融合能变道辅助系统的示意图。

图2a为车辆与周围车辆行驶于道路的实施例示意图。

图2b为车辆与两周围车辆行驶于道路的另一实施例示意图。

图2c为车辆与两周围车辆行驶于道路的另一实施例示意图。

图3为车辆的转向失稳阈值查值表示意图。

图4为本发明提供的基于数据融合的智能变道辅助方法的流程示意图。

具体实施方式

为更进一步阐述本发明为达成预定发明目的所采取的技术手段及功效，以下结合附图及较佳实施例，对本发明详细说明如下。

请参阅图1以及图2a，图1是本发明的基于数据融合的智能变道辅助系统100。图2a是车辆210与周围车辆(第一周围车辆220)行驶于道路的实施例示意图。在本实施例中，基于数据融合的智能变道辅助系统100设置于图2a的车辆210上。

如图1所示，智能变道辅助系统100包括传感器110、变道控制单元120、发动机控制单元130、转向控制单元140以及电动助力转向单元150。传感器110与变道控制单元120电性相连。传感器110包括有后方毫米波雷达112、后方超声波雷达114以及前方摄像头116。转向控制单元140与变道控制单元120电性相连。发动机控制单元130与变道控制单元120电性相连。须说明的是，本发明的传感器也可为激光探测雷达、高清摄像头等，与车辆探测数据融合技术有关的传感器均可以作为本发明所述的传感器，不限于本实施例所列举的传感器。

在本实施例中，如图2a所示，后方毫米波雷达112以及后方超声波雷达114用于实时探测车辆210与第一周围车辆220间的环境信息。由于后方毫米波雷达112探测距离远，但是探测精度较低，在低速下探测有效性较低、适合车速在10km/h以上的路况，因此，后方毫米波雷达112用于车辆210时速高于10公里时探测之用。后方超声波雷达，在车速较低情况下可以准确探测后方车辆位置、后方车辆相对距离、相对角度等信息，最小精度可达到0.1m，因此，后方超声波雷达114用于车辆210时速低于10公里时探测之用。因此本系统结合了毫米波雷达和超声波雷达的特点，可以确保低速和高速行驶时的后方变道避撞功能。

图2b为车辆与两周围车辆行驶于道路的另一实施例示意图。如图2b所示，前方摄像头116用于实时探测车辆210与前方第二周围车辆230间的环境信息。

如图1以及图2a所示，传感器110的后方毫米波雷达112或后方超声波雷达114用于实时探测车辆210与后方的第一周围车辆220间的环境信息。环境信息可包括车辆210与第一周围车辆220间的相对行驶信息，例如:纵向距离、横向距离、相对速度、相对加速度以及相对位置。变道控制单元120用于接收后方毫米波雷达112或后方超声波雷达114传送来的环境信息。变道控制单元120根据所接收到的环境信息，实时计算与第一周围车辆220的碰撞时间tc，当碰撞时间tc小于时间设定值td时，变道控制单元120根据环境信息，计算车辆210所需的避撞转向角度ac，并根据避撞转向角度ac计算所需提供的避撞转向扭矩tc，包括并判断避撞转向扭矩tc是否在合理范围内。在判断避撞转向扭矩tc是否在合理范围内时，变道控制单元120根据车辆210的当前车速v1，由内置的、已标定好的车辆210的转向失稳阈值查值表(如图3所示)中查找与该车速对应的最大允许转向扭矩tmax，若避撞转向扭矩tc小于最大允许转向扭矩tmax，则判定车辆210在转向时处于稳定行驶状态。

当变道控制单元120判断避撞转向扭矩tc在合理范围内时，变道控制单元120判断车辆210在转向时可处于稳定行驶状态，从而判断可采取自动转向避撞方案。若变道控制单元120判断可以采取自动转向避撞方案，则将包括所需提供的避撞转向扭矩tc在内的转向控制信息传送到转向控制单元140，转向控制单元140根据收到的转向控制信息控制方向盘160进行转向避撞程序。

转向控制单元140根据转向控制信息中的避撞转向角度ac，实时计算要控制车辆210转动到避撞转向角度ac需要提供的方向盘160避撞转向扭矩t、方向盘160的避撞转向角度a、以及方向盘160的避撞转向角度变化率δa，并根据计算出的数据传送转向指令给电动助力转向单元150，电动助力转向单元150根据转向指令中的方向盘避撞转向扭矩t、方向盘避撞转向角度a以及方向盘避撞转向角度变化率δa，控制所述方向盘160进行转向，使车辆210转向避免碰撞后方的第一周围车辆220。

于一实施例，请参考图1以及图2a所示，当变道控制单元120判断避撞转向扭矩tc不在合理范围内时，判定若车辆210采取自动转向避撞方案时，车辆210将处于不稳定行驶状态，此时，变道控制单元120则控制前方摄像头116探测车辆210前方是否有行人或所述周围车辆，当前方没有探测到行人或周围车辆时，确认前方存在安全区域，当前方存在安全区域时，变道控制单元120将选择采取自动加速避撞方案。

当变道控制单元120将选择采取自动加速避撞方案时，变道控制单元120基于车辆210与第一周围车辆220间的环境信息，计算出车辆210要避免与第一周围车辆220碰撞所需的加速度，并传送加速控制信息给发动机控制单元130。发动机控制单元130根据加速控制信息中的加速度计算出加速扭矩值，并根据加速扭矩值计算增加油门开度值，发动机控制单元130传送增加油门开度值给发动机132，并控制发动机132增加油门开度，车辆210进行加速，藉由对车辆210的加速，可以避免车辆210与第一周围车辆220发生碰撞。

于一实施例，图2c为车辆与两周围车辆行驶于道路的另一实施例示意图。如图2c所示，车辆210前方行驶第三周围车辆240，后方行驶第一周围车辆220。请参考图1以及图2c所示，当变道控制单元120判断避撞转向扭矩tc不在合理范围内时，判定若车辆210采取自动转向避撞方案时，车辆210将处于不稳定行驶状态，此时，变道控制单元120则控制前方摄像头116探测车辆210前方是否有行人或周围车辆，当前方有探测到第三周围车辆240，无法通过加速避免碰撞时，变道控制单元120将选择采取安全带预紧及优化气囊点爆时间方案。

变道控制单元120将选择采取安全带预紧及优化气囊点爆时间方案时，变道控制单元120发送安全带预紧指令给气囊控制单元170，实现安全带预紧保护，同时优化气囊点爆时间参数，降低碰撞伤害。

气囊控制单元170与变道控制单元120电性连接，气囊172以及安全带174分别与气囊控制单元170电性连接。当变道控制单元120选择采取安全带预紧及优化气囊点爆时间方案时，变道控制单元120传送安全带预紧信息给气囊控制单元170，气囊控制单元170控制安全带174于设定时间内收紧提醒驾驶员。此实施例中，气囊控制单元170控制安全带174在设定时间为100毫秒内收紧。其中，设定时间可根据需求设定为任意时间数值。气囊172具有折叠状态和展开状态，气囊控制单元170控制安全带174于设定时间内收紧时，气囊控制单元170根据车辆210的车速v1计算车辆210与第一周围车辆220的碰撞时间与碰撞伤害值，控制气囊172提前点爆开启于展开状态，于发生碰撞时保护驾驶员。

于一实施例，如图1所示，智能变道辅助系统100更包括中央娱乐单元180、声音输出单元182、通话单元184、播放单元186以及收音机188。中央娱乐单元180与变道控制单元120电连接。声音输出单元182与中央娱乐单元180电连接。通话单元184、播放单元186以及收音机188与中央娱乐单元180电连接，当变道控制单元120计算出碰撞时间小于时间设定值时，传送碰撞报警信息给中央娱乐单元180，中央娱乐单元180预先设置碰撞报警信息的优先等级为第一优先等级，通话单元184的电话音源信息的优先等级为第二优先等级，播放单元186的播放单元音源信息的优先等级为第三优先等级，收音机188的收音机音源信息的优先等级为第四优先等级。须说明的是，第一优先等级高于第二优先等级，第二优先等级高于第三优先等级，第三优先等级高于第四优先等级。中央娱乐单元180根据等级的优先次序，依等级由高至低拨放音源信息。在行驶过程中变化车道时存在车辆碰撞风险时，变道控制单元120可以通过整车网络发动碰撞危险报警信息给中央娱乐单元180，中央娱乐单元180会优先响应报警信息，抑制其他应用(通话单元184、播放单元186以及收音机188等)，保证报警信息优先级最高，存在危险时及时通知驾驶员。

以下请参考图1、2a、2b、2c以及图4进行说明，如图4所示，本发明提供的基于数据融合的智能变道辅助方法包括:

步骤s100:以传感器110实时探测车辆210与第一周围车辆220间的环境信息，以变道控制单元120接收第一周围车辆220的环境信息，并实时计算碰撞时间tc，当计算出的碰撞时间tc小于时间设定值td时，车辆210存在碰撞风险。其中，传感器110实时探测车辆210与第一周围车辆220间的环境信息，可利用后方毫米波雷达112以及后方超声波雷达114实时探测车辆210与后方第一周围车辆220间的环境信息，以及利用前方摄像头116实时探测车辆210与前方第三周围车辆240间的纵向距离、横向距离、相对速度、相对加速度以及相对位置。

步骤s200:以变道控制单元120计算车辆所需的避撞转向角度ac，以及避撞转向扭矩tc，并判断避撞转向扭矩tc是否在合理范围内。在判断避撞转向扭矩tc是否在合理范围内时，变道控制单元120根据车辆210的当前车速v1，由其内置的转向失稳阈值查值表中查找与该车速对应的最大允许转向扭矩tmax，若避撞转向扭矩tc小于最大允许转向扭矩tmax，则认为车辆210在转向时处于稳定行驶状态。

当变道控制单元120判断避撞转向扭矩tc在合理范围内，车辆210在转向时可处于稳定行驶状态，变道控制单元120向转向控制单元140发送转向控制信息(包括车辆所需的避撞转向角度ac、避撞转向扭矩tc)，转向控制单元140根据转向控制信息控制方向盘160转向。

当所述变道控制单元120判断车辆210在转向时可处于稳定行驶状态时，步骤s300:转向控制单元140根据转向控制信息中的避撞转向角度ac，实时计算方向盘160的避撞转向扭矩t、方向盘160的避撞转向角度a，及方向盘160的避撞转向角度变化率δa，并产生包括上述信息的转向指令。

步骤s400:转向控制单元140传送转向指令给电动助力转向单元150。

步骤s500:电动助力转向单元150根据转向指令中的方向盘避撞转向扭矩t、方向盘避撞转向角度a以及方向盘避撞转向角度变化率δa，控制所述方向盘160进行转向。使车辆210转向避免碰撞后方的第一周围车辆220。

于一实施例，若变道控制单元120根据车辆210的当前车速v1，由转向失稳阈值查值表查到的该车速对应的最大允许转向扭矩tmax、最大允许转向角度amax或最大允许转向角变化率δmax小于，车辆210所需的避撞转向扭矩tc、避撞转向角度ac、或避撞转向角变化率δac时，变道控制单元120判断车辆210在转向时处于不稳定行驶状态。

当所述变道控制单元120判断车辆在转向时处于不稳定行驶状态时，步骤s600:控制前方摄像头116探测车辆210前方是否有行人或周围车辆。

当没有行人或所述周围车辆时，步骤s700:变道控制单元120计算所需的加速度，并传送加速控制信息给发动机控制单元150。

步骤s710:发动机控制单元130根据所需的加速度计算出加速扭矩值，并根据加速扭矩值和当前油门开度计算增加油门开度值，发动机控制单元130传送增加油门开度值给发动机132，并控制发动机增加油门开度。车辆210进行加速，藉由对车辆210的加速，可以避免车辆210与第一周围车辆220发生碰撞。

于一实施例，如图2c所示，当有行人或所述周围车辆时，步骤s800:变道控制单元120传送安全带预紧信息给气囊控制单元170。

步骤s810:气囊控制单元170控制安全带174于设定时间内收紧，以提醒驾驶员。

步骤s820:气囊控制单元170控制安全带174于设定时间内收紧时，气囊控制单元170根据车辆210的车速v1，计算车辆210与第三周围车辆240的碰撞时间与碰撞伤害值，控制气囊172提前开启于展开状态。

综上所述，本发明利用集成于整车上的不同传感器探测的数据综合判断碰撞风险，提高探测准确度，减少系统误判断，且对低速和高速路况都可使用，增大了系统使用范围，并集成主动转向、加速以及主动预紧安全带、优化气囊点爆时间等降低碰撞伤害。当存在碰撞风险时，系统通过信号通知中控娱乐单元，抑制音乐、收音机、通话单元等，让驾驶员及时发现风险，实现主、被动安全为一体的保护机制，通过数据融合以及主动控制技术，真正实现智能驾驶、安全驾驶的目的。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本发明，任何熟悉本专业的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围内，当可利用上述揭示的技术内容作出些许更动或修饰为等同变化的等效实施例，但凡是未脱离本发明技术方案内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。